열처리 완벽 가이드

열처리 서비스 성능 요구가 있는 소재 공작물에만 적용됩니다. 열처리의 본질은 금속을 가열한 후 냉각시키는 것으로, 금속의 경도와 강도를 향상시키면서 내부 응력을 해소하는 데 목적이 있습니다. 소재의 내부 응력은 주로 주조, 단조, 압력 가공, 용접, 기계 가공에서 발생합니다. 공작물 소재에 열처리를 수행하면 대부분의 공작기계 부품, 구조물, 액세서리의 안전성과 기계적 성능 요구를 충족할 수 있습니다.

열처리 종류

주로 네 가지 일반적인 열처리 방법이 있습니다: 풀림, 정상화, 담금질, 그리고 뜨임. 서로 다른 열처리 공정 은 서로 다른 처리 시간을 필요로 하며, 기계적 특성도 달라집니다. 적절한 열처리 공정을 선택하면 다양한 소재의 내부 구성 요소 재배치를 달성할 수 있습니다. 아래는 저희가 자주 사용하는 열처리 공정들입니다.

풀림 열처리

풀림 열처리 가열 후 가열로 내부에서 천천히 냉각하는 방식입니다. 시간 소모가 비교적 많습니다. 주로 소재의 잔류 응력 문제를 해결하면서 소재의 경도를 낮추어 이후 절삭 및 가공에 유리하게 합니다.

정상화 열처리

정상화 열처리 금속을 어두운 붉은색이 될 때까지 가열한 후 공기 중에서 냉각시키는 방식입니다. 열처리 효율이 풀림보다 빠릅니다. 정상화 열처리 는 소재의 경도를 낮추지 않으며, 밀링 정상화된 공작물을 가공할 때 이전의 공구 달라붙음 문제가 사라집니다.

담금질 열처리

담금질 처리는 금속을 임계 온도까지 가열한 후 빠르게 냉각(고속 냉각)시키는 것으로, 일반적으로 물이나 오일로 냉각합니다(소재 성능 요구에 따라 오일을 가열하여 담금질할 수도 있습니다).

뜨임 열처리

뜨임 열처리 담금질 후에 사용됩니다. 경도를 낮추고 소재 내부의 일부 응력을 제거하며, 금속의 인성을 높이고 과도한 취성과 파손을 방지할 수 있습니다. 담금질은 소재의 특정 부위를 가열한 후 빠르게 냉각하여 국부 경도를 조절할 수도 있는데, 예를 들어 주방칼이나 기어의 표면 담금질 처리는 높은 충격력에서 완전한 파손을 방지할 수 있습니다.

뜨임 공정은 저온 뜨임, 중온 뜨임, 고온 뜨임으로 나뉩니다. 저온 뜨임은 주로 절삭 공구에 사용되고, 중온 뜨임은 스프링 등 탄성 부품에 주로 사용되며, 고온 뜨임은 축, 구조 부품, 기타 충격 저항 부품에 주로 사용됩니다.

이 중 담금질 + 고온 템퍼링은 담금질 및 템퍼링이라고도 하며, 대표적인 예로 45강 담금질 및 템퍼링, 40Cr 담금질 및 템퍼링 등이 있습니다. 이는 완제품 부품의 강도, 인성, 피로 저항성, 충격 저항성을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.

기타 열처리:

진공 열처리

진공 열처리 은(는) 공작물을 진공 열처리로에 넣어 열복사 가열 및 냉각을 진행하는 과정입니다. 이는 침탄 및 질화 처리를 포함한 거의 모든 열처리 공정을 수행할 수 있습니다. 냉각 공정에는 가스 담금질, 수냉 담금질, 유냉 담금질, 질산염 담금질이 포함됩니다. 진공 열처리의 장점은 진공 열처리 서비스 는(은) 재료의 산화, 탈탄, 침탄을 방지하며, 재료 내부의 수소 함량을 크게 줄이고 수소 취성을 방지할 수 있습니다.

컴퓨터로 제어되는 가열 및 냉각 방식을 사용하며, 진공로 열처리 는(은) 고온 부품을 직접 다루지 않아도 되며, 표면 금속의 휘발 및 변형 위험을 피할 수 있고, 안정성이 높고 안전하게 작업할 수 있습니다.

용체화 처리

용체화 열처리는 금속을 800~1200°C로 가열한 후, 조성 및 재료 두께에 따라 일정 시간 유지하여 탄화물 및 기타 석출물이 모재에 용해되도록 하는 공정입니다. 이후 일반적으로 수냉 또는 유냉 담금질로 급속 냉각합니다. 주로 오스테나이트계 스테인리스강에 사용됩니다. 용체화 처리의 목적은 내식성을 회복하고 미세조직을 연화하는 데 있습니다. 용체화 처리 후 템퍼링을 적용하면 탄화물이 재석출되어 입계 부식이 발생할 수 있습니다. 특정 특성 향상을 위해 응력 제거 풀림 또는 안정화 처리가 권장됩니다. 가열 시에는 민감화 온도 범위를 신속히 통과해야 합니다.

연속 열처리

연속 열처리 는(은) 주로 대량 표준 부품의 성능 및 구조 개선에 사용됩니다. 연속 가열 장비를 이용하여 생산 라인 온도 제어, 이송, 일괄 냉각 처리를 통합적으로 수행하여 대량 부품의 열처리 속도를 크게 향상시킵니다.

팁:

1. 모든 냉각 공정이 담금질에 해당하는 것은 아니며, 모든 재료가 담금질 후 템퍼링이 필요한 것도 아닙니다. 웰도 엔지니어가 부품의 사용 조건에 따라 적합한 열처리를 추천해 드릴 수 있습니다.

2. 냉각 속도는 재료 특성에 직접적인 영향을 미칩니다. 냉각 속도가 느릴수록 일반적으로 취성, 경도, 내부 응력이 감소하고, 인성과 가공성이 향상됩니다.

보다 쉽게 이해하실 수 있도록 4가지 주요 열처리 공정에 대한 요약을 아래에 제공합니다.

다양한 금속의 열처리

금속 재료의 조성이 다르기 때문에, 금속의 열처리. 에 다양한 세부 사항이 있습니다. 금속 열처리 방법에 대해 간단히 소개합니다.

알루미늄 열처리

강도를 높이기 위해, 6061 열처리 는 필수 공정입니다. 가장 일반적인 알루미늄 열처리 공정 is t6 열처리.

6061 알루미늄을 530±5 ℃로 가열하여 마그네슘과 실리콘 원소가 알루미늄 기지에 완전히 용해되도록 합니다. 이 단계는 용체화 열처리 알루미늄. 이라고 합니다. 용체화 처리 후에는 급속 수냉(수온 20~80도, 알루미늄 공작물의 크기와 두께에 따라 수온과 탱크 크기를 선택. 수조는 공작물보다 커야 하며, 공작물이 완전히 잠겨야 함)을 실시합니다. 이후 175℃에서 8~10시간 인공 시효를 거쳐 마그네슘, 실리콘, 알루미늄 등 합금 원소의 상태를 “고정'합니다. al 6061 열처리 가 완료된 후에는 이전과 비교하여 6061 열처리, 브리넬 경도가 원래 O 상태의 30HB에서 95HB 이상으로 증가합니다. 강도는 합금강과 비슷합니다.

스테인리스강 열처리

스테인리스강의 열처리 은 내부 조성에 따라 오스테나이트계, 마르텐사이트계, 페라이트계 스테인리스강으로 나뉘며, 열처리 방법도 다릅니다.

오스테나이트계 스테인리스강 열처리

오스테나이트계 스테인리스강 열처리 (304, 316, 310L, 316L 등)은 주로 용체화 처리 + 감응성 제거 + 응력 제거로 이루어집니다: 먼저 1050~1150℃로 가열하여 충분히 유지한 후 모든 탄화물이 기지에 완전히 용해되어 오스테나이트화가 완료되도록 하고, 이후 급속 수냉/공냉하여 상온까지 냉각시켜 단상 균일 오스테나이트 조직을 얻어 최적의 내식성과 연성을 회복합니다. 이 과정에서 담금질 및 마르텐사이트 형성은 없습니다.

마르텐사이트계 스테인리스강 열처리

마르텐사이트계 스테인리스강은 먼저 800~880℃에서 풀림 처리로 연화시킨 후, 950~1060℃로 가열하여 유지한 뒤, 오일 냉각 또는 급속 공냉하여 고경도, 고응력의 마르텐사이트 조직을 형성합니다. 이후 400~600℃의 감응성 취성 온도 범위를 피하고, 180~250℃의 저온 풀림으로 고경도와 내식성을 유지하거나, 600~700℃의 고온 풀림으로 인성을 향상시키고 내부 응력을 제거하며 풀림 취성을 없애 최종적으로 사용 요구에 맞는 마르텐사이트계 강을 얻습니다. 마르텐사이트계 스테인리스강 자체에는 본래 마르텐사이트가 포함되어 있지 않으며, 오스테나이트화 + 급속 냉각 후에만 마르텐사이트가 형성됩니다.

페라이트계 스테인리스강 열처리

페라이트계 스테인리스강의 열처리는 600~800℃에서 풀림 및 냉각으로 진행됩니다. 페라이트계 공작물은 담금질 처리가 필요 없으며(수냉 금지), 페라이트계 스테인리스강은 크롬 함량이 높고 니켈, 질소, 망간 함량이 매우 낮기 때문입니다. 임계 온도까지 가열해도 격자 변형이 일어나지 않아 오스테나이트화가 불가능합니다.

스테인리스강의 열처리는 경도와 강도를 향상시킬 수 없으며, 단조나 해머링을 통해 격자 구조를 변화시켜 경도와 강도를 높일 수 있습니다.

강 열처리

강의 열처리 는 가열, 유지, 냉각 과정을 제어하여 강의 내부 미세구조를 변화시키는 핵심 제조 공정으로, 경도, 강도, 내마모성, 인성을 향상시킵니다. 다양한 종류의 강은 각각 다른 요구 사항을 가지고 있습니다. 열처리 강 공정 및 적합한 선택 강 열처리 해결책은 부품의 수명과 가공 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

탄소강

탄소강은 비용이 저렴하며, 적절한 강 열처리, 를 통해 더 나은 경도와 기계적 특성을 얻을 수 있습니다.

탄소강은 결정립 미세화, 연화 및 조직 조정을 위해 정상화/풀림 처리를 거친 후, 고온 오스테나이트화 및 유지 + 수/유 담금질로 경도와 취성이 높은 마텐자이트를 형성하고, 마지막으로 다양한 온도에서 템퍼링하여 요구되는 경도, 인성 및 내부 응력을 맞추어 전체적인 강화 및 인성화 열처리를 완성합니다.

저탄소강은 주로 높은 인성과 용접 성능이 요구되는 구조 부품에 사용되며, 중탄소강과 고탄소강은 축, 기어, 금형 부속품, 내마모 부품 등에 널리 사용됩니다.

공구강

공구강의 열처리 공정은 예열로 시작하여 고온 오스테나이트화 및 유지, 그 다음 수/유/염욕 담금질로 고경도 마텐자이트를 얻고, 마지막으로 저온 템퍼링을 통해 응력을 제거하고 조직을 안정화하며 취성을 줄여 높은 경도를 유지합니다.

공구강은 주로 절삭 공구, 프레스 금형, 성형 금형 등 고하중 작업 환경에 사용됩니다. 그 중, d2 강 열처리 는 냉간 금형 및 고내마모 절삭 공구에 일반적으로 사용되며, 적절한 열처리 후 우수한 내마모성과 치수 안정성을 얻을 수 있습니다.
그리고 a2 공구강 열처리 는 정밀 금형 및 절삭 공구에 더 많이 사용되며, 경도와 인성의 균형을 잘 이룹니다.

합금강

크롬, 몰리브덴, 니켈 등 합금 원소의 첨가로 인해 합금강은 더 높은 강도와 담금질성을 가집니다. 합금강의 열처리는 먼저 오스테나이트화 온도로 가열 및 유지 후, 담금질로 급랭하여 마텐자이트를 형성하고, 작업 조건에 따라 저/중/고온 템퍼링을 실시하여 결정립을 미세화하고 강도-인성 매칭을 달성합니다. 필요에 따라 풀림 및 정상화가 예비 열처리로 사용됩니다.

저희 회사는 4140 및 4340 합금강을 사용한 맞춤형 CNC 가공 주문을 자주 받으며, 이 두 소재 모두 일반적으로 열처리를 거칩니다.

4140강 열처리 는 변속 샤프트, 기어, 커플링 및 기타 부품에 널리 사용되며, 우수한 강도, 피로 저항성, 충격 저항성을 제공합니다.
더 높은 하중이나 더 심각한 작업 조건에서는, 4340 강 열처리 는 항공 부품, 중장비, 고강도 구조 부품에 흔히 사용되며, 더욱 뛰어난 종합 기계적 특성을 달성합니다.

실제 생산에서는, 열처리 경도에 영향을 미치는 요인 주로 다음과 같습니다:

강의 탄소 함량, 가열 온도 제어, 유지 시간, 냉각 속도, 합금 원소 함량.

다양한 강종의 조성에 따라 적절한 열처리 방안을 선택하면 강의 열처리 의 성능 장점을 최대한 활용할 수 있으며, 다양한 산업의 강도, 인성, 내식성, 가공성 요구를 충족할 수 있습니다.

티타늄 열처리

티타늄 합금은 α형, α+β형, β형으로 나뉩니다. α형은 구조를 연화하고 안정화하기 위해 응력 제거 또는 재결정화 어닐링만 실시하며, α+β형과 β형은 고온 용체 처리와 급속 냉각을 통해 준안정 구조를 얻고, 중온 노화로 강화상을 석출시켜 강도를 향상시킬 수 있습니다. 전체 열처리 과정은 산화 및 수소 취성을 방지하기 위해 진공 또는 아르곤 보호가 필요하며, 300~500℃ 취성 영역을 피하고 β상 전이점을 초과하지 않도록 엄격히 제어하여 결정립 조대화를 방지해야 합니다.

용접 후 열처리(PWHT)

용접 응력은 일반적으로 소량의 마르텐사이트 구조로 인해 발생하므로, 산업 제조에서, 용접 후 열처리 는 매우 중요한 공정입니다. 특히 강 및 기타 금속 소재의 용접 부위에서 용접 후 열처리, 를 통해 용접부 및 열영향부의 미세구조가 점차 소르바이트로 변환되어 용접 잔류 응력을 효과적으로 제거할 수 있습니다. 예를 들어 자전거 프레임 제조에서 저탄소 마르텐사이트 합금강을 사용할 경우, 용접 후 열처리, 재료 구조가 더욱 변형되어 템퍼드 래스 마르텐사이트로 전환되며, 이는 용접 응력을 해소할 뿐만 아니라 프레임의 용접 부위의 인성과 전체 강도를 크게 향상시킬 수 있습니다.

주조에 사용되는 열처리 공정

주조는 가장 기본적인 가공 기술이며, 많은 주물도 강도와 인성 등 기계적 특성을 향상시키기 위해 열처리가 필요합니다. 구체적인 기능은 다음과 같습니다.

1. 내부 응력 제거

주물의 응고 및 냉각 과정에서 부위별 냉각 속도의 차이로 인해 내부에 잔류 응력이 쉽게 형성됩니다. 열처리를 통해 이러한 응력을 해소하고, 이후 단계에서 변형, 균열 또는 치수 불안정성을 방지할 수 있습니다.

2. 조직 및 성능 개선

주물은 주조 상태에서 입자가 거칠고 조직이 불균일한 문제가 있어 강도와 인성에 영향을 미칩니다. 노멀라이징, 풀림 등 열처리를 통해 금속 조직을 최적화하고 전체 기계적 특성을 향상시킬 수 있습니다.

3. 경도 감소 및 가공성 향상

일부 주물은 주조 후 경도가 높아 가공이 어렵고 공구 마모가 심해집니다. 풀림 등 열처리를 통해 재료의 경도를 낮추어 절삭 가공을 원활하게 할 수 있습니다.

하지만 모든 주물이 반드시 열처리를 거쳐야 하는 것은 아닙니다. 예를 들어, 하중 요구와 정밀도 요구가 낮은 일반 주물은 추가 열처리가 필요하지 않을 수 있습니다. 그러나 하중, 압력 또는 높은 안전성이 요구되는 중요한 주물의 경우 열처리가 필수적입니다.

열처리 적용 분야

· 기계 제조: 기어, 베어링, 축, 패스너, 일반 기계 부품, 강도 및 내마모성 향상.

· 자동차 산업: 엔진, 변속기, 섀시, 프레임 부품, 강화 및 인성 향상, 용접 응력 제거.

· 금형 및 절삭 공구 산업: 프레스 금형, 사출 금형, 절삭 공구, 측정 공구, 고경도, 고내마모성, 변형 방지 보장.

· 압력 용기 및 배관: 보일러, 저장 탱크, 압력 배관, 용접 후 PWHT 응력 해소, 균열 방지, 안전 확보.

· 항공우주 및 방위 산업: 고강도 강, 티타늄 합금, 알루미늄 합금 구조 부품, 정밀 열처리, 고강도와 경량화의 균형.

요약

열처리 절차 는 금속 재료 가공에서 일반적인 단계이며, 가공 분야에서 중요한 역할을 합니다. 위 내용은 금속 열처리 공정의 전체 내용입니다. 가공 분야에서 열처리에 대해 더 깊이 이해하거나 최신 자료와 내용을 원하신다면, 문의 웰도 가공을 통해 저희의 더 많은 생산 경험을 얻으실 수 있습니다. 또한 주조, 압출 등과 같은 금속 가공 견적도 제공합니다., CNC 가공, 등이 있습니다.

자주 묻는 질문